(57)【要約】装置、システム、および方法は、制御された三次元パターンに沿って移動するノズルから液体金属を空気噴射して、付加製造によって三次元物体を製作することに関する。金属は、加圧ガスのノズル内への移動を制御するようにバルブが作動しているときに、ノズル内に移動することができる。このように、加圧ガスがノズル内に移動しているときに金属がバルブ 内へ移動すると、ノズル内の液体金属に押出し力が生じるため、ノズル内に金属の供給を補填する必要性を低減または排除することができ、したがって、部品製作のための連続的または実質的に連続的な液体金属の噴出を容易にすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加製造システムであって、当該システムは：
互いに流体連通する容積および吐出口を画定するノズルと；
加圧ガス供給源と；
前記加圧ガス供給源と前記ノズルの前記容積との間の流体連通を制御するように作動可能であるバルブと；
前記ノズルの前記容積と流体連通する媒体供給部と、を備え、前記媒体供給部からの金属は、前記バルブが作動して、前記ノズル内における前記加圧ガスの空気圧下で、三次元物体の製作に関連する制御された三次元パターンに沿って液体形態の前記金属が前記吐出口から噴出されるときに、前記ノズルの前記容積内に移動可能である、付加製造システム。
【請求項２】
前記媒体供給部からの金属は、前記バルブが前記ノズルの前記吐出口と前記加圧ガス供給源との間の流体連通を遮断するように配置されている間に、前記容積内に移動可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ノズルは、第１のポートおよび第２のポートをさらに画定し、前記第１のポートおよび前記第２のポートは、前記ノズルの前記容積に沿って互いに離間しており、前記バルブの作動により、前記加圧ガスが前記第１のポートを通って前記ノズルの前記容積内へ移動するのを制御する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のポートおよび前記第２のポートは、前記ノズルの前記容積に沿って互いに実質的に軸方向に整列している、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記媒体供給部は、前記第２のポートを介して前記ノズルの前記容積と流体連通している、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記第２のポートは大気に通気されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２のポートは真空に通気されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
前記ノズルの前記容積と流体連通する媒体ドレインをさらに含み、前記媒体供給部からの前記金属は、前記ノズルの前記容積から前記媒体ドレインに移動可能である、請求項３に記載のシステム。
【請求項９】
前記吐出口および前記第１のポートは、前記媒体供給部から前記媒体ドレインに移動する金属が前記吐出口と前記第１のポートとの間で移動するように、互いに対して配置されている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記吐出口に隣接する前記ノズルの少なくとも一部を加熱するように構成された加熱器をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記加熱器は、抵抗加熱器および誘導加熱器のうちの１つ以上である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記金属供給部 は、前記吐出口に隣接する前記容積の一部内に移動可能である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記吐出口の周囲に少なくとも部分的に配置された不活性ガスカーテンをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
付加製造法であって、当該方法は：
ノズルによって画定された容積内に金属を導くステップと；
吐出口とビルドプレートとを制御された三次元パターンに沿って相対移動させるステップであって、前記吐出口が、前記ノズルによって画定され、かつ前記容積と流体連通しているステップと；
前記吐出口から液体形態の前記金属を噴出して前記ビルドプレート上に三次元物体を形成するために、前記制御された三次元パターンに沿う前記吐出口の位置に少なくとも部分的に基づいて、加圧ガスのパルスを前記容積内に選択的に供給するステップと、を含み、前記金属は、前記加圧ガスのパルスを前記容積内に選択的に供給するときに、前記ノズルによって画定された前記容積内に導かれる、方法。
【請求項１５】
前記液体形態の前記金属を噴出するために、加圧ガスのパルスを前記容積内へ選択的に供給するステップは、重力方向とは反対の垂直成分を有する方向に、前記吐出口から前記液体形態の前記金属を噴出することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記吐出口を画定する前記ノズルの少なくとも一部に沿って前記ノズルを加熱するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ノズルによって画定された前記容積内に前記金属を導くステップは、前記ノズル内に固体形態の前記金属を導くことを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記加圧ガスを、前記ノズルによって画定されかつ大気または真空と流体連通するポートを介して、前記ノズルの前記容積から通気するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記容積内に前記金属を導くステップが、前記金属を、前記ポートを介して前記容積内に移動させるステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記加圧ガスが前記金属に対して不活性である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記加圧ガスのパルスが前記容積内に選択的に供給されるときに、前記ノズルの前記容積から前記液体金属を排出するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記液体形態の前記金属は、三次元物体の製作中に、ビルドチャンバ内に収容された不活性雰囲気および真空のうちの１つ以上に噴出される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
前記吐出口を調整して、前記吐出口における前記液体形態の前記金属のメニスカスを制御するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
付加製造システムであって、当該システムは：
互いに流体連通する容積および吐出口を画定するノズルであって、前記容積と流体連通する排気通路を含むノズルと；
前記ノズルの前記容積と選択的に流体連通する加圧ガス供給源と；
前記ノズルの容積と流体連通する媒体供給部であって、前記媒体供給部からの金属が前記容積内に移動可能である媒体供給部と、を備え、前記排気通路は、前記加圧ガスが前記容積を通って移動し、三次元物体を製作するための制御された三次元パターンに沿って液体形態の前記金属が前記吐出口から噴出されるときに、前記ノズルの前記容積内の圧力プロファイルを制御するための調整可能な背圧を有する、付加製造システム。
【請求項２５】
前記排気通路は、油圧式インダクタンスを含み、前記油圧式インダクタンスは、前記排気通路内の加圧ガスを排気することによって前記油圧式インダクタンスに一定時間にわたって加えられる力に応じて生じる散逸抵抗を有する、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記油圧式インダクタンスが、パドルホイールを含み、前記パドルホイールは、前記排気通路内の加圧ガスを排出することによって前記パドルホールに加えられる力に応じて回転可能である、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
パドルホイールを備え、前記パドルホールは、前記排気通路内の加圧ガスを排出することによって前記パドルホイールに加えられる力に応答して回転可能である、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２８】
前記油圧式インダクタンスの前記抵抗の時間変化プロファイルが調整可能である、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２９】
前記排気通路が、可変の油圧抵抗を含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３０】
前記可変の油圧抵抗が、可変長の前記排気通路を含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記可変の油圧抵抗が、可変サイズを有する流量制限を含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
前記加圧ガス供給源および前記容積と流体連通するバルブをさらに備え、前記バルブは、前記加圧ガスのパルスを前記容積内に供給するように作動可能である、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３３】
付加製造法であって、当該方法は：
ノズルによって画定された容積内に金属を導くステップであって、前記容積が、前記ノズルによって画定された排気通路と流体連通しているステップと；
吐出口とビルドプレートとを、制御された三次元パターンに沿って相対移動させるステップであって、前記吐出口が前記ノズルによって画定されて前記容積と流体連通しているステップと；
加圧ガスのパルスを前記ノズルの前記容積内に供給するステップと；
前記排気通路の背圧を調整し、該背圧の調整によって前記加圧ガスを前記ノズルの前記容積から排出するステップと、を含み、前記吐出口と前記ビルドプレートとを前記制御された三次元パターンに沿って相対移動させて、前記ビルドプレート上に三次元物体を形成するときに、前記背圧の調整に応じて、前記容積内の前記加圧ガスによって前記ノズル内の液体形態の前記金属に力が加えられて、前記液体金属が前記吐出口から噴出される、方法。
【請求項３４】
前記排気通路の背圧を調整するステップが、前記加圧ガスを、油圧式インダクタンスを介して排気することを含み、該油圧式インダクタンスは、前記排気通路内の前記排気される加圧ガスによって前記油圧式インダクタンスに一定期間にわたって加えられる力に応じて流動する散逸抵抗を有する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記散逸抵抗が、前記期間にわたって実質的に一定の油圧抵抗に散逸する、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記期間が、前記ノズルの前記容積内に供給される前記加圧ガスのパルスの期間よりも短い、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記油圧式インダクタンスが、パドルホイールを含み、前記パドルホイールは、前記排気通路内の前記排気される加圧ガスによって前記パドルホイールに加えられる力に応じて回転可能である、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記排気通路の前記背圧を調整するステップは、前記加圧ガスを可変の油圧抵抗を介して排出すること、および、前記可変の油圧抵抗を、前記制御された三次元パターンに関する前記吐出口の位置に少なくとも部分的に基づいて調整することを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
前記可変の油圧抵抗は、可変サイズを有する流量制限を含み、かつ前記可変の油圧抵抗を変化させることは、前記流量制限の前記サイズを変更することを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記可変の油圧抵抗は、前記排気通路の可変長さを含み、かつ前記可変の油圧抵抗を変化させることは、前記排気通路の前記長さを変更することを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記排気通路の前記背圧を調整するステップは、前記ノズルの前記容積内における前記液体形態の前記金属の容積に基づく、請求項３３に記載の方法。
【請求項４２】
前記排気通路は、大気圧および真空のうちの少なくとも１つに通気される、請求項３３に記載の方法。
【請求項４３】
前記金属は、前記排気通路を介して前記容積内に導かれる、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記加圧ガスのパルスを、前記ノズルの前記容積の自然調波の倍数で調整するステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４５】
付加製造システムであって、当該システムは：
互いに流体連通する、容積、第１のポート、第２のポート、および吐出口を画定するノズルと；
前記第１のポートを介して前記ノズルの前記容積と選択的に流体連通する加圧ガス供給源と；
前記第２のポートを介して前記ノズルの前記容積と流体連通する媒体供給部と；
前記吐出口および前記第２のポートによって画定される軸と交差するように前記ノズルの前記容積内に配置された１つ以上の隔壁と、を備え、前記１つ以上の隔壁は、前記容積内の液体形態の金属の沈殿物を前記容積のリザーバ部に導くように配向されており、前記リザーバは、前記吐出口から離間している、システム。
【請求項４６】
前記１つ以上の隔壁は、前記吐出口と前記容積の前記リザーバ部との間に、非直線的な経路を画定する、請求項４５に記載のシステム。
【請求項４７】
前記吐出口と前記容積の前記リザーバ部との間の前記非直線的な経路は、前記リザーバ部から前記吐出口までの前記非直線的な経路に沿って、前記吐出口に対して垂直な軸に沿って高さが増加している、請求項４６に記載のシステム。
【請求項４８】
前記１つ以上の隔壁は、前記容積の寸法に及ぶ、請求項４５に記載のシステム。
【請求項４９】
前記１つ以上の隔壁は、互いに実質的に平行である複数の隔壁を含む、請求項４５に記載のシステム。
【請求項５０】
前記１つ以上の隔壁は、前記吐出口に対して垂直な軸に対し角度がつけられている、請求項４５に記載のシステム。
【請求項５１】
前記媒体供給部は、固体形態の金属が前記第２のポートを通って前記容積内に移動するように構成されている、請求項４５に記載のシステム。
【請求項５２】
前記第２のポートは、加圧ガスが前記第２のポートを通って前記容積から出るように、大気に通気されている、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
前記第１のポートを通る加圧ガスの流れは、前記１つ以上の隔壁によって実質的に妨げられない、請求項４５に記載のシステム。
【請求項５４】
前記吐出口を画定する前記ノズルの少なくとも一部を加熱するように構成された加熱器をさらに備え、該加熱器に沿って、前記１つ以上の隔壁が配置されている、請求項４５に記載のシステム。
【請求項５５】
前記加熱器は、抵抗加熱器、誘導加熱器、対流加熱器、および放射加熱器のうちの１つ以上を含む、請求項５４に記載のシステム。
【請求項５６】
付加製造法であって、当該方法は：
ノズルによって画定された容積に金属を導くステップと；
吐出口とビルドプレートとを制御された三次元パターンに沿って相対移動させるステップであって、前記吐出口が、前記ノズルによって画定されて前記容積と流体連通しているステップと；
前記容積内にある液体形態の前記金属を沈殿物から分離するステップと；
前記ビルドプレート上に三次元物体を形成するために、前記制御された三次元パターンに沿う前記吐出口の位置に少なくとも部分的に基づいて、前記液体形態の前記金属を前記吐出口から吐出するように、加圧ガスを前記容積に供給するステップと、を含む、方法。
【請求項５７】
前記液体形態の前記金属を前記沈殿物から分離するステップが、前記液体形態の前記金属を、非直線的な経路に沿って、前記容積内の沈殿物リザーバから前記吐出口に移動させることを含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記液体形態の前記金属を前記沈殿物から分離するステップが、前記容積内で、前記吐出口に対する前記液体形態の前記金属の高さを増加させることを含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記非直線的な経路が、前記容積内に配置された１つ以上の隔壁によって少なくとも部分的に画定されている、請求項５７に記載の方法。
【請求項６０】
前記液体形態の前記金属は、前記加圧ガスが前記容積に供給されるときに前記沈殿物から分離される、請求項５６に記載の方法。
【請求項６１】
付加製造法であって、当該方法は：
ノズルによって画定された容積に金属を導くステップと；
吐出口とビルドプレートとを制御された三次元パターンに沿って相対移動させるステップであって、前記吐出口が、前記ノズルによって画定されて前記容積と流体連通しているステップと；
前記制御された三次元パターンに沿う前記吐出口の位置に少なくとも部分的に基づいて、前記吐出口からの液体形態の前記金属の噴出を、空気作動式噴出と電気作動式噴出との間で選択的に切り替えるステップと；
三次元物体の少なくとも一部を形成するために、前記空気作動式噴出および前記電気作動式噴出のうちの前記選択された１つに従って、前記液体形態の前記金属を噴出するステップと、を含む、方法。
【請求項６２】
前記空気作動式噴出を選択した場合に、前記吐出口から前記液体形態の前記金属を噴出するステップが、前記液体形態の前記金属の実質的に一定のストリームを前記吐出口から噴出することを含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記電気作動式噴射を選択した場合に、前記吐出口から前記液体形態の前記金属を噴出するステップが、パルス電流を制御することを含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６４】
前記液体形態の前記金属の液滴は、前記パルス電流に応答して前記吐出口から噴出される、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
空気作動式噴射と電気作動式噴射との間で選択的に切り替えるステップが、前記制御された三次元パターンの境界に沿って前記電気作動式噴出を選択し、前記制御された三次元パターンの前記境界から離間した可動域に沿って前記空気作動式噴射を選択することを含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６６】
空気作動式噴出にしたがって、前記吐出口から液体金属を噴出するステップが、前記容積に加圧空気を供給することを含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６７】
前記液体形態の前記金属が前記吐出口を通って噴出されるときに、前記加圧空気を前記大気圧および真空のうちの１つ以上に排気するステップをさらに含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
電気作動式噴出にしたがって、前記吐出口から液体金属を噴出するステップが、前記液体形態の前記金属に電流を供給することを含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６９】
前記電流が、前記液体形態の前記金属に作用する磁気流体力学的力を生じさせる、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記電流が、前記液体形態の前記金属に作用する電気流体力学的力を生じさせる、請求項６８に記載の方法。
【請求項７１】
前記電気作動式噴出にしたがって前記吐出口から液体金属を噴出するステップが、アクチュエータに電流を供給することを含み、前記アクチュエータは、前記液体形態の前記金属と機械的に連通し、かつ前記液体形態の前記金属に機械的力を作用させて前記吐出口から前記液体形態の前記金属を噴出させるように、前記電流に応じて移動可能である、請求項６１に記載の方法。
【請求項７２】
前記アクチュエータが圧電素子を含む、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
少なくとも前記吐出口によって画定された前記容積の一部に沿って、前記容積内の前記金属を加熱するステップをさらに含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項７４】
前記容積内に前記金属を導くステップが、前記液体形態の前記金属が前記オリフィスから排出されるときに、前記金属を前記容積に移動させることを含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項７５】
前記液体形態の前記金属が前記オリフィスから排出されるときに、前記液体形態の前記金属を、前記容積から、前記吐出口から分離された媒体ドレインを介して排出するステップをさらに含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項７６】
付加製造システムであって、当該システムは：
互いに流体連通する容積および吐出口を画定するノズルと；
前記ノズルの前記吐出口から離間したビルドプレートと；
加圧ガス供給源と；
電源と；
前記加圧ガスと前記ノズルの前記容積との間の流体連通を制御するように作動可能であるバルブと；
前記ノズルと機械的に接続されたロボットシステムであって、前記吐出口と前記ビルドプレートとを互いに三次元で移動させるように移動可能であるロボットシステムと；
前記バルブ、前記電源、および前記ロボットシステムと電気通信するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記ロボットシステムを作動させて、前記吐出口と前記ビルドプレートとを制御された三次元パターンに沿って相対移動させるように構成されており、前記コントローラは、さらに、前記バルブおよび前記電源を作動させるように構成されており、前記ビルドプレート上に三次元物体を形成するために、前記制御された三次元パターンに沿う前記吐出口の位置に少なくとも基づいて、液体形態の金属の前記吐出口からの噴出を、空気作動式噴出と電気作動式噴出との間で選択的に切り替える、方法。
【請求項７７】
空気作動式噴出と電気作動式噴出との間で選択的に切り替えるステップが、前記制御された三次元パターンの境界に沿って前記電気作動式噴出を選択し、前記制御された三次元パターンの前記境界から離間した可動域に沿って前記空気圧作動式噴出を選択することを含む、請求項７６に記載のシステム。
【請求項７８】
前記空気作動式噴出を選択すると、前記コントローラによって前記バルブが作動されて、前記加圧ガス供給源と前記容積との間の流体連通が確立される、請求項７６に記載のシステム。
【請求項７９】
前記電気作動式噴出を選択すると、前記コントローラによって前記電源が作動されて、前記容積に電流が供給される、請求項７６に記載のシステム。
【請求項８０】
前記コントローラは、前記電源を作動させて前記容積にパルス電流を供給する、請求項７９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２０１６年３月３日に出願された米国特許仮出願第６２／３０３３２４号に対する優先権を主張し、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本明細書に記載の装置、システム、および方法は、付加製造に関し、より詳細には、金属材料を用いた付加製造のための空気圧駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
空気噴射は、加圧空気または加圧ガスで金属の液滴を駆動するために使用することができる。このような液滴を蓄積して、物体を形成することができる。空気噴射は、金属製の物体を形成するために液体金属に力を加えることができるが、速度、精度、制御、および材料特性に関する考慮事項により、物体を大量に形成するための空気圧力の使用には課題がある。したがって、空気圧力を使用する金属の付加製造の、商業的に実施可能な技術が依然として必要とされている。
【発明の概要】
【０００４】
装置、システム、および方法は、制御された三次元パターンに沿って移動するノズルから液体金属を空気噴射して、付加製造によって三次元物体を製作することに関する。金属は、加圧ガスのノズル内への移動を制御するようにバルブが作動しているときに、ノズル内に移動することができる。このように、加圧ガスがノズル内に移動しているときに金属がバルブ 内へ移動すると、ノズル内の液体金属に押出し力が生じるため、ノズル内に金属の供給を補填する必要性を低減または排除することができ、したがって、部品製作のための連続的または実質的に連続的な液体金属の噴出を容易にすることができる。
【０００５】
付加製造システムは、互いに流体連通する容積および吐出口を画定するノズルと、加圧ガス供給源と、加圧ガス供給源とノズルの容積との間の流体連通を制御するように作動可能であるバルブと、ノズルの容積と流体連通する媒体供給部と、を備える。媒体供給部からの金属は、バルブが作動して、ノズル内における加圧ガスの空気圧下で、三次元物体の製作に関する制御された三次元パターンに沿って液体形態の金属が吐出口から噴出されるときに、ノズルの容積内に移動可能とすることができる。
【０００６】
実施形態は、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。媒体供給部からの金属は、バルブがノズルの吐出口と加圧ガス供給源との間の流体連通を遮断するように配置されている間に、容積内に移動可能であってもよい。ノズルは、第１のポートおよび第２のポートをさらに画定し、第１のポートおよび第２のポートは、ノズルの容積に沿って互いに離間しており、バルブの作動により、加圧ガスが第１のポートを通ってノズルの容積内への移動するのを制御してもよい。第１のポートおよび第２のポートは、ノズルの容積に沿って互いに実質的に軸方向に整列していてもよい。媒体供給部は、第２のポートを介してノズルの容積と流体連通していてもよい。第２のポートは大気に通気されていてもよい。第２のポートは真空に通気されていてもよい。このシステムは、ノズルの容積と流体連通する媒体ドレインをさらに含み、媒体供給部からの金属は、ノズルの容積から媒体ドレインに移動可能であってもよい。吐出口および第１のポートは、媒体供給部から媒体ドレインに移動する金属が吐出口と第１のポートとの間で移動するように、互いに対して配置されていてもよい。このシステムは、吐出口に隣接するノズルの少なくとも一部を加熱するように構成された加熱器をさらに備えていてもよい。加熱器は、抵抗加熱器および誘導加熱器のうちの１つ以上であってもよい。金属供給部は、前記吐出口に隣接する前記容積の一部に移動可能であってもよい。このシステムは、吐出口の周囲に少なくとも部分的に配置された不活性ガスカーテンをさらに備えていてもよい。
【０００７】
付加製造法は、ノズルによって画定された容積内に金属を導くステップと、吐出口とビルドプレートとを制御された三次元パターンに沿って相対移動させるステップと、を含むことができ、吐出口は、ノズルによって画定され、かつ容積と流体連通していてもよい。この方法は、また、吐出口から液体形態の金属を噴出してビルドプレート上に三次元物体を形成するために、制御された三次元パターンに沿う吐出口の位置に少なくとも部分的に基づいて、加圧ガスのパルスを容積内に選択的に供給するステップと、を含み、金属は、加圧ガスのパルスを容積内に選択的に供給するときに、ノズルによって画定された容積内に導かれてもよい。
【０００８】
実施形態は、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。液体形態の金属を噴出するために、加圧ガスのパルスを容積内に選択的に供給するステップは、重力方向とは反対の垂直成分を有する方向に、吐出口から液体形態の金属を噴出すること含んでいてもよい。この方法は、吐出口を画定するノズルの少なくとも一部に沿ってノズルを加熱するステップをさらに含んでいてもよい。ノズルによって画定された容積内に金属を導くステップは、ノズル内に固体形態の金属を導くことを含んでいてもよい。この方法は、加圧ガスを、ノズルによって画定されかつ大気または真空と流体連通するポートを介して、ノズルの容積から通気するステップをさらに含んでいてもよい。容積内に金属を導くステップは、金属を、ポートを介して容積内に移動させることを含んでいてもよい。加圧ガスが金属に対して不活性であってもよい。加圧ガスのパルスを容積内に選択的に供給するときに、ノズルの容積から液体金属を排出するステップをさらに含んでいてもよい。液体形態の金属は、三次元物体の製作中に、ビルドチャンバ内に収容された不活性雰囲気および真空のうちの１つ以上に噴出されてもよい。この方法は、吐出口を調整して、該吐出口における液体形態の金属のメニスカスを制御するステップをさらに含んでいてもよい。
【０００９】
装置、システム、および方法は、ノズルが制御された三次元パターンに沿って移動して三次元物体を製作するときに、ノズルからの液体金属の空気噴射に関連する空気圧回路を調整することに関する。空気圧回路を調整することにより、加圧ガスがノズルを通って移動して、該ノズルから液体金属が空気圧によって噴出されるときに、ノズル内の圧力プロファイルの調整を容易にすることができる。空気圧回路を調整することにより、液体金属の特性（例えば、サイズ、形状、および流量）が制御されるので、三次元物体の製作に対する制御を容易にすることができる。
【００１０】
付加製造システムは、互いに流体連通する容積および吐出口を画定するノズルであって、容積と流体連通する排気通路を含むノズルを含むことができる。このシステムは、また、ノズルの容積と選択的に流体連通する加圧ガス供給源と、ノズルの容積と流体連通する媒体供給部であって、該媒体供給部からの金属が容積内に移動可能である媒体供給部と、を備え、排気通路は、加圧ガスが容積を通って移動し、三次元物体を製作するための制御された三次元パターンに沿って液体形態の金属が吐出口から噴出されるときに、ノズルの容積内の圧力プロファイルを制御するための調整可能な背圧を有することができる。
【００１１】
実施形態は、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。排気通路は、油圧式インダクタンスを含み、該油圧式インダクタンスは、排気通路内の加圧ガスを排気することによって油圧式インダクタンスに一定期間にわたって作用する力に応じて生じる散逸抵抗を有していてもよい。油圧式インダクタンスが、パドルホイールを含み、該パドルホイールは、排気通路内の加圧ガスを排出することによってパドルホールに加えられる力に応じて回転可能であってもよい。パドルホールは、排気通路内の加圧ガスを排出することによってパドルホイールに加えられる力に応答して回転可能であってもよい。油圧式インダクタンスの抵抗の時間変化プロファイルが調整可能であってもよい。排気通路が、可変の油圧抵抗を含んでいてもよい。可変の油圧抵抗が、可変長の排気通路を含んでいてもよい。可変の油圧抵抗が、可変サイズを有する流量制限を含んでいてもよい。加圧ガス供給源および容積と流体連通するバルブをさらに備え、該バルブは、加圧ガスのパルスを容積内に供給するように作動可能であってもよい。
【００１２】
付加製造法は、ノズルによって画定された容積内に金属を導くステップを含むことができ、該容積は、ノズルによって画定された排気通路と流体連通することができる。この方法は、また、吐出口とビルドプレートとを、制御された三次元パターンに沿って相対移動させるステップを含むことができ、吐出口は、ノズルによって画定されて容積と流体連通することができる。この方法は、また、加圧ガスのパルスをノズルの容積内に供給するステップと、排気通路の背圧を調整し、該背圧の調整によって加圧ガスをノズルの容積から排出するステップと、を含み、吐出口とビルドプレートとを制御された三次元パターンに沿って相対移動させて、ビルドプレート上に三次元物体を形成するときに、背圧の調整に応じて、容積内の加圧ガスによってノズル内の液体形態の金属に力が加えられて、液体金属が吐出口から噴出され得る。
【００１３】
実施形態は、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。排気通路の背圧を調整するステップが、加圧ガスを、油圧式インダクタンスを介して排気することを含み、該油圧式インダクタンスは、排気通路内の排気される加圧ガスによって油圧式インダクタンスに一定期間にわたって加えられる力に応じて流動する逸抵抗を有していてもよい。散逸抵抗が、この期間にわたって実質的に一定の油圧抵抗に散逸してもよい。この期間が、ノズルの容積内に供給される加圧ガスのパルスの期間よりも短くてもよい。油圧式インダクタンスが、パドルホイールを含み、該パドルホイールは、排気通路内の排気される加圧ガスによってパドルホイールに加えられる力に応じて回転可能であってもよい。排気通路の背圧を調整するステップは、加圧ガスを可変の油圧抵抗を介して排出すること、および、該可変の油圧抵抗を、制御された三次元パターンに関する吐出口の位置に少なくとも部分的に基づいて調整することを含んでいてもよい。可変の油圧抵抗は、可変サイズを有する流量制限を含み、かつ可変の油圧抵抗を変化させることは、流量制限のサイズを変更することを含んでいてもよい。可変の油圧抵抗は、排気通路の可変長さを含み、かつ可変の油圧抵抗を変化させることは、排気通路の長さを変更することを含んでいてもよい。排気通路の背圧を調整するステップは、ノズルの容積内における液体形態の金属の容積に基づいていてもよい。排気通路は、大気圧および真空のうちの少なくとも１つに通気されてもよい。金属は、排気通路を介して容積内に導かれてもよい。この方法は、加圧ガスのパルスを、ノズルの容積の自然調波の倍数で調整するステップをさらに含んでいてもよい。
【００１４】
装置、システム、および方法は、三次元物体を製作するために制御された三次元パターンに沿って移動するノズルから空気力によって噴出される液体金属から、沈殿物を分離することに関する。液体金属から沈殿物を分離することは、三次元物体の製作中に、または複数の物体の製作過程にわたって、ノズルが目詰まりしたり劣化したりする可能性を低減することができる。したがって、液体金属から沈殿物を分離することは、例えば、部品の大量生産のために液体金属の空気噴射を使用し易くすることができる。
【００１５】
付加製造システムは、互いに流体連通する、容積、第１のポート、第２のポート、および吐出口を画定するノズルを含むことができる。このシステムは、また、第１のポートを介してノズルの容積と選択的に流体連通する加圧ガス供給源と、第２のポートを介してノズルの容積と流体連通する媒体供給部と、吐出口および第２のポートによって画定される軸と交差するようにノズルの容積内に配置された１つ以上の隔壁と、を備え、１つ以上の隔壁は、容積内の液体形態の金属の沈殿物を、該容積のリザーバ部に導くように配向されており、リザーバ部は、吐出口から離間し得る。
【００１６】
実施形態は、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。１つ以上の隔壁は、吐出口と容積のリザーバ部との間に、非直線的な経路を画定していてもよい。吐出口と容積のリザーバ部との間の非直線的な経路は、リザーバ部から吐出口までの非直線的な経路に沿って、吐出口に対して垂直な軸に沿って高さが増加していてもよい。１つ以上の隔壁は、容積の寸法に及んでいてもよい。１つ以上の隔壁は、互いに実質的に平行である複数の隔壁を含んでいてもよい。１つ以上の隔壁は、吐出口に対して垂直な軸に対し角度がつけられていてもよい。媒体供給部は、固体形態の金属が第２のポートを通って容積内に移動するように構成されていてもよい。第２のポートは、加圧ガスが第２のポートを通って容積から出るように、大気に通気されていてもよい。第１のポートを通る加圧ガスの流れは、１つ以上の隔壁によって実質的に妨げられなくてもよい。吐出口を画定するノズルの少なくとも一部を加熱するように構成された加熱器をさらに備え、該加熱器に沿って、１つ以上の隔壁が配置されていてもよい。加熱器は、抵抗加熱器、誘導加熱器、対流加熱器、および放射加熱器のうちの１つ以上を含んでいてもよい。
【００１７】
付加製造法は、ノズルによって画定された容積に金属を導くステップと、吐出口とビルドプレートとを制御された三次元パターンに沿って相対移動させるステップと、を含むことができ、吐出口は、ノズルによって画定されて容積と流体連通することができる。この方法は、また、ビルドプレート上に三次元物体を形成するために、制御された三次元パターンに沿う吐出口の位置に少なくとも部分的に基づいて、液体形態の金属を吐出口から吐出するように、加圧ガスを容積に供給するステップを含むことができる。
【００１８】
実施形態は、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。液体形態の金属を沈殿物から分離するステップが、液体形態の金属を、非直線的な経路に沿って、容積内の沈殿物リザーバから吐出口に移動させることを含んでいてもよい。液体形態の金属を沈殿物から分離するステップが、容積内で、吐出口に対する液体形態の金属の高さを増加させることさらに含んでいてもよい。非直線的な経路が、容積内に配置された１つ以上の隔壁によって少なくとも部分的に画定されていてもよい。液体形態の金属は、加圧ガスが容積に供給されるときに沈殿物から分離されてもよい。
【００１９】
装置、システム、および方法は、三次元物体を製作するために、制御された三次元パターンに沿って移動するノズルからの液体金属の噴出を、空気作動式噴出と電気作動式噴出との間で切り替えることに関する。電気作動式噴出は、例えば、高精度が要求される物体の領域内に離散液滴を供給するために有用であり得る。空気作動式噴出は、例えば、精度があまり要求されない物体の領域に液体金属を迅速に提供するように、ノズルから液体金属のストリームを供給するために有用であり得る。したがって、空気作動式噴出と電気作動式噴出と切り替えは、付加製造による部品製造の正確かつ迅速な生産を促進することができる。
【００２０】
付加製造法は、ノズルによって画定された容積に金属を導くステップと、吐出口とビルドプレートとを制御された三次元パターンに沿って相対移動させるステップと、を含むことができ、吐出口は、ノズルによって画定されて容積と流体連通することができる。この方法は、また、制御された三次元パターンに沿う吐出口の位置に少なくとも部分的に基づいて、吐出口からの液体形態の金属の噴出を、空気作動式噴出と電気作動式噴出との間で選択的に切り替えるステップを含むことができる。この方法は、また、三次元物体の少なくとも一部を形成するために、空気作動式噴出および電気作動式噴出のうちの選択された１つに従って、液体形態の金属を噴出するステップを含むことができる。
【００２１】
実施形態は、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。空気作動式噴出を選択した場合に、吐出口から液体形態の金属を噴出するステップが、液体形態の金属の実質的に一定のストリームを吐出口から噴出することを含んでいてもよい。電気作動式噴射を選択した場合に、吐出口から液体形態の金属を噴出するステップが、パルス電流を制御することを含んでいてもよい。液体形態の金属の液滴は、パルス電流に応答して吐出口から噴出されてもよい。空気作動式噴射と電気作動式噴射との間で選択的に切り替えるステップが、制御された三次元パターンの境界に沿って電気作動式噴出を選択し、制御された三次元パターンの境界から離間した可動域に沿って空気作動式噴射を選択することを含んでいてもよい。空気作動式噴出にしたがって、吐出口から液体金属を噴出するステップが、容積に加圧空気を供給することを含んでいてもよい。この方法は、液体形態の金属が吐出口を通って噴出されるときに、加圧空気を大気圧および真空のうちの１つ以上に排気するステップをさらに含んでいてもよい。電気作動式噴出にしたがって、吐出口から液体金属を噴出するステップが、液体形態の金属に電流を供給することを含んでいてもよい。電流が、液体形態の金属に作用する磁気流体力学的力を生じさせてもよい。電流が、液体形態の金属に作用する電気流体力学的力を生じさせてもよい。電気作動式噴出にしたがって吐出口から液体金属を噴出するステップが、アクチュエータに電流を供給することを含み、アクチュエータは、液体形態の金属と機械的に連通し、かつ液体形態の金属に機械的力を作用させて吐出口から液体形態の金属を噴出させるように、電流に応じて移動可能であってもよい。アクチュエータが圧電素子を含んでいてもよい。この方法は、少なくとも吐出口によって画定された容積の一部に沿って、容積内の金属を加熱するステップをさらに含んでいてもよい。容積内に金属を導くステップが、液体形態の金属がオリフィスから排出されるときに、金属を容積に移動させることを含んでいてもよい。この方法は、液体形態の金属がオリフィスから排出されるときに、液体形態の前記金属を、容積から、吐出口から分離された媒体ドレインを介して排出するステップをさらに含んでいてもよい。
【００２２】
付加製造システムは、互いに流体連通する容積および吐出口を画定するノズルと、ノズルの吐出口から離間したビルドプレートと、加圧ガス供給源と、電源と、加圧ガスとノズルの容積との間の流体連通を制御するように作動可能であるバルブと、ノズルと機械的に接続されたロボットシステムであって、吐出口とビルドプレートとを互いに三次元で移動させるように移動可能であるロボットシステムと、を含むことができる。このシステムは、また、バルブ、電源、およびロボットシステムと電気通信するコントローラを備え、コントローラは、ロボットシステムを作動させて、吐出口とビルドプレートとを制御された三次元パターンに沿って相対移動させるように構成されており、コントローラは、さらに、バルブおよび電源を作動させるように構成されており、ビルドプレート上に三次元物体を形成するために、制御された三次元パターンに沿う吐出口の位置に少なくとも基づいて、液体形態の金属の吐出口からの噴出を、空気作動式噴出と電気作動式噴出との間で選択的に切り替えることができる。
【００２３】
空気作動式噴出と電気作動式噴出との間で選択的に切り替えるステップが、制御された三次元パターンの境界に沿って電気作動式噴出を選択し、制御された三次元パターンの境界から離間した可動域に沿って空気圧作動式噴出を選択することを含んでいてもよい。空気作動式噴出を選択すると、コントローラによってバルブが作動されて、加圧ガス供給源と容積との間の流体連通が確立されてもよい。電気作動式噴出を選択すると、コントローラによって電源が作動されて、容積に電流が供給されてもよい。コントローラは、電源を作動させて容積にパルス電流を供給してもよい。
【００２４】
本明細書に記載のシステムおよび方法は、添付の特許請求の範囲に記載されている。しかしながら、説明の目的で、いくつかの実施例を以下の図面に示す。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】三次元物体を形成するための金属の空気噴射に使用する付加製造システムのブロック図である。
【図２】空気噴射を用いた金属の付加製造の例示的な方法を示すフローチャートである。
【図３】隔壁を含むノズルの概略図である。
【図４】金属の付加製造のための空気噴射プロセスにおいて、液体金属を沈殿物から分離する例示的な方法を示すフローチャートである。
【図５】調整可能な排気通路を含むノズルの概略図である。
【図６】金属の付加製造のための空気噴射プロセスにおいて、背圧を調整する例示的な方法を示すフローチャートである。
【図７】三次元物体を形成するために金属の空気作動式噴射および電気作動式噴射に使用される付加製造システムの概略図である。
【図８】液体金属の噴出を空気作動式噴出と電気作動式噴出との間で切替える例示的な方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、添付の図面を参照して実施形態を説明する。しかしながら、前述のシステムおよび方法は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、本明細書に記載される図示の実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。
【００２７】
本明細書で言及するすべての文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。単数形の項目への言及は、明示的な記載がある場合または本文から明らかである場合を除いて、複数形の項目を含み、またその反対も同様であるものと理解されたい。文法上の接続詞は、別段の記載がある場合または本文から明らかである場合を除いて、つなぎ合わされた節、文、単語などのすべての離接的および接合的な組合せを表すことを意図している。したがって、例えば、「または」という用語は、通常、「および／または」を意味するものと理解されるべきである。
【００２８】
本明細書中における値の範囲の記載は、本明細書に別段の記載がある場合を除いて、限定することを意図するものではなく、範囲内のいずれのおよびすべての値を個別に言及することを意図しており、そのような範囲内の各値は、あたかも個別に列挙されているかのように本明細書に組み込まれる。数値を伴う「約」または「およそ」などの用語は、当業者に理解されるように、意図された目的のために満足に動作するための偏差を示しているものと解釈されるべきである。本明細書において、値および／または数値の範囲は、単なる例として提供されており、記載される実施形態の範囲を限定するものではない。本明細書に提供されるいずれのおよびすべての例、または例示的な用語（「例えば」または「のような」など）の使用は、実施形態をよりよく説明するためのものであり、実施形態の範囲を限定するものではない。明細書中のいかなる用語も、いずれの特許請求されていない要素を実施形態の実施に必要不可欠な要素として示すものとして解釈されるべきではない。
【００２９】
以下の説明では、「第１」、「第２」、「上部」、「下部」「上」、「下」などの用語は、便宜上の単語であり、限定的な用語として解釈されないものと理解されたい。
【００３０】
図１を参照すると、３Ｄプリンタ１００は、ノズル１０２、加圧ガス供給源１０４、バルブ１０６、および媒体供給部１０８を含むことができる。ノズル１０２は、互いに流体連通する容積１１０および吐出口１１２を画定することができる。媒体供給部１０８は、ノズル１０２の容積１１０と流体連通しており、以下でより詳細に説明するように、媒体供給部１０８は、液体形態の金属１１４が吐出口１１２に沿って容積１１０内に配置されるように、該金属１１４を容積１１０内に移動させる。バルブ１０６は、液体形態の金属の吐出口１１２からの噴出を制御するように作動させることができる。例えば、バルブ１０６を開放位置に移動させて、容積１１０を加圧ガスで満たすようにすることができる。この例を続けると、容積１１０が加圧ガスで満たされるにつれて、加圧ガスは、吐出口に沿って液体形態の金属１１４に空気圧力を加える。この空気圧力は、液体形態の金属１１４を、吐出口１１２を介して噴出させることができる。付加的に、または代替的に、バルブ１０６を閉鎖位置に移動させて、加圧ガスの容積１１０内への移動を中断し、これによって吐出口１１２を介した液体形態の金属１１４の噴出を中断させることができる。このように、通常、バルブ１０６は、三次元物体１１６の製作中に液体形態の金属１１４の噴出を制御するように、選択的に作動させることができる。
【００３１】
使用時には、以下により詳細に説明するように、金属１１４の容積１１０内への移動は、バルブ１０６の作動とは別個のものとすることができ、これによって、液体形態の金属１１０をノズル１０２から迅速に噴出して、三次元物体１１の形成を容易にすることができる。例えば、ノズル内の液体金属を補充する目的で製造プロセスを一時停止する必要性を低減または排除することにより、３Ｄプリンタ１００は、液体形態の金属１１４の空気噴射による三次元物体１１６の製造速度を有利に高めることができる。概して、３Ｄプリンタ１００は、実質的に連続的に動作させて１つまたは複数の三次元物体１１６を製造することができるため、例えば、部品の大量生産に適したスループット速度で金属物体を製造するのに適していることを理解されたい。
【００３２】
ノズル１０２は、第１のポート１１８および第２のポート１２０をさらに含むことができ、それぞれが容積１１０と流体連通している。加圧ガス供給源１０４からの加圧ガスは、バルブ１０６が開いているときに、第１のポート１１８を通ってノズル１０２の容積１１０に入ることができる。付加的に、または代替的に、ノズル１０２の容積１１０内の加圧ガスが第２のポート１２０を通ってノズル１０２から出ていくことができるように、第２のポート１２０は、低圧環境と流体連通することができる。低圧環境は、例えば、大気圧とすることができる。付加的に、または代替的に、低圧環境は真空とすることができ、これにより、容積１１０と加圧ガス供給源１０４との間の流体連通が一旦中断されると、急激な圧力低下を生じさせ易くすることができる。特定の実施形態では、第２のポート１２０に真空圧力を短時間だけ加えることができるが、これは、液体形態の金属１１４を吐出口１１２から噴出している間における、容積１１０内の圧力プロファイルのさらなる制御に役立ち得る。
【００３３】
第１のポート１１８および第２のポート１２０は、ノズル１０２の容積１１０に沿って互いに離間していてもよい。例えば、第１のポート１１８および第２のポート１２０は、ノズル１０２の容積１１０に沿って互いに実質的に軸方向に整列することができるこのような整列は、例えば、加圧空気が容積１１０を通って移動するときに、容積１１０内に共鳴周波数が励起される可能性を低減するのに有用であり得る。場合によっては、第１のポート１１８および第２のポート１２０は、吐出口１１２を含む平面に実質的に平行な軸を画定することができる。この向きでは、加圧ガスが吐出口１１２に間接的に向けられるため、液体形態の金属１１４の噴出時に流入する加圧ガスの圧力変動の影響を有利に減衰することができる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、第１のポート１１８および第２のポート１２０が吐出口１１２の下になるように、吐出口１１２を垂直に配向することができる。このような場合、吐出口１１２から噴出される液体形態の金属１１４は重力に反する方向に移動し、液体形態金属１１４の速度は遅くなる。このようなより遅い速度は、例えば、三次元物体１１６上に体積される金属１１４に適切な形状を得るために有用であり得る。
【００３５】
いくつかの実施形態において、ノズル１０２の吐出口１１２は、吐出口１１２の周囲に、例えば、リング１１３形態または他の同様の構造形態である不活性ガスカーテンを含むことができる。これは、大気中または同様の条件内で動作する場合に有用である。このように、特定の形態では、不活性ガスカーテンが、吐出口１１２の周囲に少なくとも部分的に配置されていてもよい。
【００３６】
ノズル１０２の吐出口１１２は、該吐出口１１２から噴出される液体形態の金属１１４を制御するように、加工または処理されていてもよい。例えば、吐出口１１２の形状は調整可能である。特定の態様において、吐出口１１２は、例えば、吐出口１１２から噴出される液体形態の金属１１４を制御するための、異なる特性を有する他の吐出口１１２と置換または交換可能であってもよい。例えば、吐出口１１２は、例えば、吐出口１１２の形状を変化させること、または吐出口１１２を処理することによって、液体形態の金属１１４が吐出口１１２の壁に接する表面を濡らすメニスカスを有する初期状態を提供するように制御されていてもよい。同様に、例えば、吐出口１１２は、吐出口１１２の形状を変化させること、または吐出口１１２を処理することによって、液体形態の金属１１４が吐出口１１２の壁に接する表面を濡らさないメニスカスを有する初期状態を提供するように制御されてもよい。
【００３７】
加圧ガス供給源１０４は、例えば、加圧タンクとすることができる。特定の実施形態において、加圧ガス供給減１０４は、約５５０ｋＰａ超の圧力を有する場合がある。付加的に、または代替的に、加圧ガスは、液体形態の金属に対して不活性とすることができる。例えば、特定の実施形態において、加圧ガスは、窒素、アルゴン、または空気とすることができる。
【００３８】
バルブ１０６が開かれ、加圧ガスが第１のポート１１８を通って容積１１０に初めて入ると、容積１１０内の圧力が初めて増加する。以下により詳細に説明するように、容積１１０内の圧力は、該容積１１０内の圧力が第２のポートに関連する流動抵抗に勝るのに十分になるまで増加することができる。バルブ１０６を閉じると、第１のポート１１８を通る加圧ガスの移動が中断され、加圧ガスが第２ンポート１２０を通って容積１１０を出るときに、容積１１０内の圧力を散逸させることができる。
【００３９】
媒体供給部１０８からの金属１１４は、吐出口１１２と加圧ガス供給源１０４との間の流体連通を中断するようにバルブ１０６が配置されている（例えば、閉じている）間に、容積１１０内へ移動することができる。したがって、例えば、媒体供給部１０８から容積１１０内への金属の流量を、容積１１０を通る加圧ガスの流れから切り離すことができる。このように切り離すことにより、加圧ガスが液体形態の金属１１４を、吐出口１１２を介して噴出する際に、容積１１０内の液体形態の金属１１４が不意に枯渇する可能性を低減できることを理解されたい。より一般的に、媒体供給部１０８から容積１１０への金属１１４の移動が、加圧ガスが容積１１０内へ移動している間に中断されることにより、ノズル１０２の動作が中断される可能性を低減することができ、したがって、連続的または実質的に連続的な製作を容易にすることができる。
【００４０】
本明細書で使用するように、「金属」という用語は、別段の記載がある場合または本文から明らかである場合を除いて、純金属、金属合金および１つ以上の金属成分を含む複合材料を含むものと理解される。したがって、非限定的な例として、金属１１４は、アルミニウム、アルミニウム合金、スズ、および鑞のいずれか１つ以上とすることができる。
【００４１】
特定の実施形態において、媒体供給部１０８は、第２のポート１２０を介して容積１１０と流体連通することができる。したがって、例えば、加圧ガスが容積１１０から排出されるのと同じ通路を介して、金属１１４を、媒体供給部１０８によって容積１１０内に（例えば、連続的に）移動させることができる。このような構成は、例えば、ノズル１０２に必要とされるポート数を減らすことができるので、より多くのポート数を有するノズルと比較して、ノズル１０２のサイズを縮小し易くなることを理解されたい。
【００４２】
いくつかの実施形態において、ノズル１０２は、該ノズル１０２の容積１１０と流体連通する媒体ドレイン１２２をさらに含むことができる。媒体供給部１０８からの金属１１４は、容積１１０から媒体ドレイン１２２に移動して、（例えば、媒体供給部１０８にリサイクルするために）ノズル１０２から排出され得る。一例として、ノズル１０２の容積１１０を通って媒体供給部１０８から媒体ドレイン１２２へ移動する液体形態の金属１１４は、吐出口１１２と第１のポート１１８との間を移動することができる。したがって、この例を続けると、第１のポート１１８を通って容積１１０に移動する加圧ガスは、吐出口１１２を通過する液体形態の金属１１４に空気圧力を加えて、液体形態の金属１１４を吐出口１１２を介して噴出させることができる。液体形態の金属１１４が媒体供給部１０８から媒体ドレインへ移動することにより、例えば、容積１１０内に堆積物が堆積する可能性を低減することができる。このような堆積物の減少により、吐出口１１２が不意に閉塞する可能性を低減することができ、したがって、液体形態の金属１１４の長期間にわたる連続的または実質的に連続的な噴出が容易になり得ることを理解されたい。
【００４３】
一般に、３Ｄプリンタ１００は、三次元物体１１６を製作するように該３Ｄプリンタ１００の動作を管理することができる、制御システム１２６を含むことができる。例えば、制御システム１２６は、バルブ１０６および１つ以上のノズル１０２に機械的に接続されたロボットシステム１２８およびビルドプレート１３０と電気通信することができる。使用時に、制御システム１２６は、ロボットシステム１２８を作動させて、制御された三次元パターンに沿ってノズル１０２を移動させることができ、かつ付加的に、または代替的に、制御システム１２６は、バルブ１０６を作動させて、１つ以上のノズル１０２およびビルドプレート１３０が制御された三次元パターンに沿って移動する際に、液体形態の金属１１４のノズル１０２からの噴出を制御することができる。制御された三次元パターンは、データベース１３２に格納された三次元（３Ｄ）モデル１３４に基づくものとすることができ、該データベース１３２は、例えば、制御システム１２６として使用されるコンピュータのローカルメモリ、またはサーバもしくは他のリモートリソースを介してアクセス可能なリモートデータベース、または制御システム１２６にアクセス可能な任意の他のコンピュータ可読媒体などである。特定の実施形態において、制御システム１２６は、ユーザ入力に応答して三次元モデル１３４を検索し、かつ３Ｄプリンタ１００による実行のための機械準備命令を生成して、三次元物体１１６を製作することができる。
【００４４】
ロボットシステム１２８は、ビルドチャンバ１３８の作業容積１３６内で移動可能であり、ビルドチャンバ１３８内でノズル１０２およびビルドプレート１３０を制御された三次元パターンに沿って相互に位置決めして、三次元物体１１６を製作することができる。当該技術分野においては様々なロボットシステムが知られており、それらはここで企図されるロボットシステム１２８としての使用に適している。例えば、ロボットシステム１２８は、ビルドチャンバ１３８内でｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸に独立して移動するように多数の線形制御を使用する、デカルトまたはｘ−ｙ−ｚロボットシステムを含むことができる。付加的にまたは代替的に、ロボットシステム１２８は、デルタロボットを含むことができ、該デルタロボットは、特定の実施形態において、速度および剛性の点で重要な利点をもたらすとともに、固定モータまたは駆動要素の設計上の利便性をもたらし得る。付加的に、または代替的に、二重または三重のデルタロボットなどの他の構成を使用することができ、複数のリンクを使用して動作範囲を広げることができる。概して、ノズル１０２およびビルドプレート１３０相互の制御された位置決め、特には真空または同様の環境内での位置決めに適した任意のロボットがロボットシステム１１４の一部を構成していてもよく、ロボットシステム１１４は、ビルドチャンバ１３８内における作動、操作、移動等に適した機構または機構の組合せを含む。
【００４５】
ビルドチャンバ１３８は、比較的不活性な雰囲気を含んでいてもよい。ビルドチャンバ１３８は、同様に、またはその代わりに、真空を含んでいてもよい。このように、液体形態の金属１１４は、三次元物体１１６の製作中に、不活性雰囲気および真空のうちの１つ以上に噴出されてもよい。
【００４６】
媒体供給部１０８は、例えば、駆動チェーン１４０および加熱器１４２ を含むことができる。特定の実施形態において、金属１１４は、最初は固体形態であり、例えば、連続的形態（例えば、ワイヤ）または個別形態（例えば、ビレット）である。例えば、金属１１４は、ビレットのような個別のユニットで加熱器１２６ に供給することができる。付加的に、または代替的に、金属１１４は、金属１１４を含むスプールまたはカートリッジからワイヤ形態で供給することができる。環境に敏感な材料の場合、媒体供給部１０８、ビルドチャンバ１３８、またはその両方によって、金属１１４のための真空環境を提供することができる。より一般的に、媒体供給部１０８およびビルドチャンバ１２０ の１つ以上は、金属１１４を取り扱うための適切な不活性環境を維持することができ、該環境とは、真空および酸素欠乏環境、不活性ガス環境、または三次元製作中に維持される条件下で金属１１４と反応しないいくつかのガス環境もしくはそれらのガスを組合せた環境などである。
【００４７】
金属が最初は固体形態である実施形態において、駆動チェーン１４０は、金属と係合して該金属を加熱器１４２内に移動させることができ、該加熱器１４２内では、液体形態の金属を形成することができる。加圧ガスとノズル１０２との間の流体連通が、例えば、バルブ１０６の作動によって個別に制御されるときに、液体形態の金属がノズル内に移動可能であるように、加熱器１４２はノズル１０２と流体連通することができる。媒体供給部１０８は、最初に固体形態の金属１１０ を含むものとして記載されているが、いくつかの実施形態では、本開示の範囲から逸脱することなく、金属１１６ を最初から液体形態とすることができる。そのような実施形態において、媒体供給部１０８は、例えば、重力によって、ポンプを使用して、またはそれらの組合せにより、液体形態の金属１１６ をノズル１０２に供給してもよい。
【００４８】
駆動チェーン１４０は、加熱器１４２内への金属１１０の連続的な供給またはインデックスされた供給のために、例えば、任意の適切なギア、圧縮ピストンなどを含むことができる。一態様では、駆動チェーン１４０が複数のローラ１４４を含むことができ、該複数のローラを、その間に金属を挟んで回転させることによって、固体形態の金属１１４が加熱器１４２内に移動できるようになっている。
【００４９】
加熱器１４２は、固体形態の金属１１４を該金属１４４の溶融温度を超えて加熱して、液体形態の金属１１４を形成することができる。任意の数の加熱技術を使用することができる。一態様では、誘導加熱または抵抗加熱のような電気的技術が、金属１１４を液化させるために有効に適用され得る。これは、例えば、金属１１４の周囲のチャンバを誘導的または抵抗的に加熱することを含み得る。付加的に、または代替的に、加熱器１４２は、金属１１４を液化するための誘導加熱または放射加熱の１つ以上を含むことができる。
【００５０】
加熱器１４２は、ノズル１０２の外部にあるように示されているが、例えば、固体形態の金属１１０ が金属供給部からノズル１０２に移動して固体形態の金属１１０がノズル１０２内を通過するときに溶融するように、加熱器１４２は、付加的にまたは代替的に、ノズル１０２に一体化され得るものと理解されたい。このような実施形態では、加熱器１４２が、例えば、吐出口１１２の近傍に熱を導入することができる。一般に、吐出口１１２の近傍に熱を導入すると、吐出口１１２内の液体形態の金属１１４が固化する可能性を低減することができるので、ノズル１０２が焼き付いたり、該ノズル１０２が製作プロセス中に動作不能になったりする可能性を低減することができる。例えば、加熱器１４２は、液体形態の金属１１４が吐出口１１２から噴出されない休止状態の間（例えば、部品製作の合間）に、吐出口１１２内または吐出口１１２の近傍で液体形態の金属１１４が凝固する可能性を低減することができる。
【００５１】
加熱器１４２は、同様に、またはその代わりに、液体形態の金属１１０ を生成または維持するのに適した温度に金属１１０を加熱するのに適した、任意の他の加熱システムを含むことができる。したがって、本明細書に記載の加熱器１０６ は、通常、固体形態の金属１１０を本明細書で企図される製作で使用する状態にする任意のシステムを含み、かつ液体形態の金属１１４を本明細書で企図される製作で使用する状態に維持する任意のシステムを含むことを理解されたい。特定の実施形態において、システム１００は、吐出口１１２に近接する（例えば、直接的に隣接する）ノズル１０２の部分に沿って配置された加熱器１２４をさらに含むことができる。
【００５２】
図２は、空気噴射を用いた金属の付加製造の例示的な方法２００を示すフローチャートである。方法２００は、別檀の記載がある場合または本文から明らかである場合を除いて、本明細書に記載される任意の１つ以上の装置およびシステムを使用して実行することができる。したがって、例えば、方法２００は、図１に関して上述した３Ｄプリンタ１００を使用して実行することができる。
【００５３】
ステップ２０２に示すように、方法２００は、ノズルによって画定された容積内に金属を導くステップを含むことができる。例えば、ノズルによって画定された容積内に固体形態の金属を導くことができる。特定の実施形態では、ノズルによって画定された容積内で、固体形態の金属を液化することができる。付加的にまたは代替的に、ノズルによって画定された容積の外部で金属を液化し、該金属を液体形態で容積内に供給することができる。
【００５４】
ステップ２０４に示すように、方法２００は、吐出口とビルドプレートとを制御された三次元パターンに沿って相対移動させるステップを含むことができる。このような相対移動は、吐出口およびビルドプレートの動きの様々な異なる組合せのうちの１つ以上で達成することができる。例えば、吐出口は、ビルドプレートが静止状態にある間に、制御された三次元パターンに沿って移動することができる。付加的に、または代替的に、ビルドプレートは、吐出口が静止状態にある間に、制御された三次元パターンに沿って移動することができる。さらに、またはその代わりに、吐出口およびビルドプレートは、各々が制御された三次元パターンに沿って移動することができる。
【００５５】
吐出口は、ノズルによって画定されて容積と流体連通することができ、該吐出口とビルドプレートとが制御された三次元パターンに沿って相対移動するときに、液体形態の金属が容積から吐出口を通って移動できるようになっている。特定の実施形態において、ロボットシステムは、吐出口とビルドプレートとを、制御された三次元パターンに沿って相対移動させることができる。ロボットシステムは、例えば、本明細書に記載された、または当技術分野で既知である、様々な異なるロボットシステムのうちの任意の１つ以上とすることができる。付加的に、または代替的に、吐出口とビルドプレートとを相対移動させるためのロボットシステムの作動は、本明細書に記載される様々な制御システムのうちの任意の１つ以上のような制御システムによって制御することができる。例えば、制御システムは、該制御システムによって受信される三次元モデルに少なくとも部分的に基づいて、ロボットシステムの作動を制御することができる。
【００５６】
ステップ２０６に示すように、方法２００は、吐出口から液体形態の金属を噴出して三次元物体を形成するために、加圧ガスのパルスを容積内に選択的に供給するステップを含むことができる。パルスの選択的供給は、例えば、制御された三次元パターンに沿う吐出口の位置に、少なくとも部分的に基づいていてもよい。特定の実施形態では、加圧ガスのパルスが容積内に選択的に供給される間に、ステップ２０２に従って容積内に金属を導くことができる。いくつかの実施形態では、加圧ガスのパルスが容積内に選択的に供給されるときに、液体形態の金属をノズルの容積から排出させることができる。したがって、より一般的には、加圧ガスをノズルの容積内へ供給することは独立して、ノズルの容積の内外に金属を移動させることができる。
【００５７】
さらに、または代わりに、液体形態の金属を噴出させるために、加圧ガスのパルスを容積内に選択的に供給するステップは、重力の方向とは実質的に反対の垂直成分を有する方向に、液体形態の金属を吐出口から噴出させることを含むことができる。この方向における液体形態の金属の噴出は、噴出された液体形態の金属を有利に減速させ、噴出された液体形態の金属と、製作される三次元物体と、の間に所望の接触を達成することができることを理解されたい。
【００５８】
特定の実施形態において、液体形態の金属を噴出させるために、加圧ガスのパルスを容積内に選択的に供給するステップは、パルス周波数を制御することを含むことができる。パルス周波数を制御または調整することにより、液滴噴出の前、例えば、各吐出の合間に、液体金属のメニスカスの安定性を高めることができる。特定の態様において、パルス周波数は、ノズルの容積の自然高調波の倍数で調整されてもよい。
【００５９】
特定の実施形態を説明したが、他の実施形態が付加的に、または代替的に可能である。
【００６０】
例えば、金属が入るノズルと、該ノズルから金属が噴出される吐出口と、の間にスムーズな通路を有するものとしてノズルを記載してきたが、他の構成が付加的に、または代替的に可能である。一例として、図３を参照すると、ノズル３００は、互いに流体連通する、容積３０２、第１のポート３０４、第２のポート３０６、および吐出口３０８を画定することができる。一般に、別段の記載がある場合または本文から明らかである場合を除いて、ノズル３００は、図１に関して説明した３Ｄプリンタ１００のノズル１０２に加えて、またはその代わりに使用することができる。したがって、例えば、ノズル３００は、第１のポートを介して容積３０２と流体連通する、図１に関して上述した加圧ガス供給源１０４のような加圧ガス供給源からの加圧ガスと選択的に流体連通することができる。同様に、ノズル３００は、第２のポート３０６を介してノズルの容積３０２と流体連通する、図１に関して上述した媒体供給部１０８のような媒体供給部からの金属を受け入れることができる。したがって、例えば、ノズル３００は、第２のポート３０６を介して固体形態の金属を受け入れることができ、かつ付加的に、または代替的に、第２のポート３０６は、加圧ガスが第２のポート３０６を通って容積から出ていくことができるように、大気圧および真空圧力の一方または両方に通気することができる。
【００６１】
ノズル３００は、容積３０２内に配置された１つ以上の隔壁３１０（例えば、複数の隔壁３１０は、互いに実質的に平行に配置されている）を含むことができる。一般に、隔壁３１０は、容積３０２のリザーバ部３１２に向かって沈殿物を導くように配向され得る。ノズル３００の使用中に、液体金属を吐出口３０８から噴出させるときに、リザーバ部３１２に導かれた沈殿物が吐出口から離れた状態となるように、リザーバ部３１２をノズル３００の吐出口３０８から離間させることができる。
【００６２】
特定の実施形態において、吐出口３０８と第２のポート３０６とによって画定される軸は、１つ以上の隔壁３１０と交差する。そのような実施形態では、第２のポート３０６を通って容積３０２内に移動する金属の流れは、該金属が排出オリフィス３０８に向かって移動するときに１つ以上の隔壁３１０によって乱される。そのような金属の流れの乱れは、容積３０２のリザーバ部３１２に沈殿物を導くのに有用であり得ることを理解されたい。さらに、またはその代わりに、１つ以上の隔壁３１０を、例えば、吐出口３０８に垂直な軸に対して傾斜させて、例えば、容積３０２のリザーバ部３１２に沈殿物を導くことができる。
【００６３】
いくつかの実施形態において、１つ以上の隔壁３１０は、ノズル３００の容積３０２の寸法に及んでいてもよい。例えば、１つ以上の隔壁３１０は、容積３０２の深さ寸法に及ぶ場合や、容積３０２の全幅よりも狭い場合がある。一般に、１つ以上の隔壁３１０を有する容積３０２の寸法に及ぶことにより、第２のポート３０６から吐出口３０８に向かう液体金属の流れが、吐出口３０８に到達する前にリザーバ部３１２に導かれる可能性を高めることができる。
【００６４】
付加的に、または代替的に、１つ以上の隔壁３１０は、吐出口３０８とリザーバ部３１２との間に非直線的な通路を画定することができる。一例として、非直線状の通路は、吐出口３０８に垂直な軸に沿って高さが増加する部分を含むことができ、その結果、リザーバ部３１２から吐出口３０８に向かって移動する液体金属が該高さ増加に追従することになる。そのような高さ増加は、液体金属が吐出口に到達する前に、該液体金属から沈殿物を分離するのに有用であり得る。より一般的に、非直線的な通路は、例えば、液体形態の金属を噴出するようにノズル３００を持続的に使用している間に、沈殿物がリザーバ部３１２から吐出口３０８に移動する可能性を低減できるために有用であり得る。
【００６５】
一般に、加圧ガスは、様々な異なる方向のいずれか１つ以上において、第１のポート３０４から第２のポート３０６へと、容積３０２を通って移動することができる。しかしながら、第１のポート３０４および第２のポート３０６の特定の向きが、液体金属を噴出するノズル３００の効率的かつ正確な動作に有利であり得ることを理解されたい。したがって、特定の実施形態において、第１のポート３０４を通る加圧ガスの流れは、使用時に、１つ以上の隔壁３１０が加圧ガスの容積３００内への移動を減速しないように、１つ以上の隔壁３１０によって実質的に妨げられないようになっている。
【００６６】
いくつかの実施形態において、ノズル３００は、加熱器３１４を含むことができる。加熱器３１４は、例えば、吐出口３０８を画定するノズル３００の少なくとも一部に沿って熱を導入することができ、該加熱器に沿って１つ以上の隔壁３１０を配置することができる。ノズル３００のそのような部分に沿って熱を加えると、１つ以上の隔壁３１０に沿って液体金属が吐出口３０８に向かって移動するときに、該液体金属が凝固する可能性を低減することができる。加熱器３１４は、例えば、抵抗加熱器、誘導加熱器、対流加熱器、放射加熱器のうちの１つ以上を含むことができる。
【００６７】
図４は、金属の付加製造のための空気噴射プロセスにおいて、液体金属を沈殿物から分離する例示的な方法４００を示すフローチャートである。方法４００は、本明細書に記載される３Ｄプリンタの任意の１つ以上を使用して実行することができる。したがって、例えば、方法４００は、図３に関して上述したノズル３００を含む、図１に関して上述した３Ｄプリンタ１００のような３Ｄプリンタを使用して実行することができる。
【００６８】
ステップ４０２に示すように、方法４００は、ノズルによって区画された容積内に金属を導くステップを含むことができる。一般に、本明細書に記載される方法の任意の１つ以上に従って、金属を容積内に導くことができる。したがって、例えば、固体形態の金属は、該固体形態の金属がノズルによって画定された容積内で液化され得るようにして、ノズルによって画定された容積内に導かれることが可能である。付加的に、または代替的に、金属は、ノズルによって画定された容積の外側で液化され、液体形態で容積内に送達され得る。
【００６９】
ステップ４０４に示すように、方法４００は、吐出口とビルドプレートとを制御された三次元パターンに沿って相対移動させるステップを含むことができる。吐出口は、ノズルによって画定され、容積内の金属が制御された三次元パターンに沿って吐出口を通って移動できるように、容積と流体連通することができる。吐出口とピルドプレートとの相対移動は、吐出口およびビルドプレートの一方または両方を他方に対して移動させることによって達成できることを理解されたい。
【００７０】
ステップ４０６に示すように、方法４００は、沈殿物から液体形態の金属を分離するステップを含むことができる。分離ステップは、例えば、ノズルによって画定された容積内で実行することができ、該容積は、沈殿物リザーバを画定することができる。分離ステップは、例えば、非直線的な経路（例えば、ノズルによって画定された容積内に配置された隔壁によって少なくとも部分的に確定される非直線的な経路）に沿って、液体形態の金属を沈殿物リザーバから吐出口へ移動させるステップを含むことができる。液体形態の金属を非直線的な経路に沿って移動させることにより、例えば、液体形態の金属を沈殿物から分離し易くすることができる。付加的に、または代替的に、液体形態の金属を沈殿物から分離するステップは、ノズルの容積内で、吐出口に対する液体形態の金属の高さを増加させることを含むことができる。液体形態の金属の高さが増加するにつれて、沈殿物が沈殿して液体形態の金属から分離する。
【００７１】
ステップ４０８に示すように、方法４００は、液体形態の金属を吐出口から噴出させて、三次元物体を形成するために、加圧ガスを容積内に送達するステップを含むことができる。加圧ガスの送達は、例えば、制御された三次元パターンに沿う吐出口の位置に少なくとも部分的に基づいて行われ得るが、これは、噴出される金属が製作される三次元物体に正確に送達されるようにするためである。付加的に、または代替的に、ステップ４０６における液体形態の金属の沈殿物からの分離は、液体形態の金属の沈殿物からの分離が三次元物体の製作速度に著しく影響しないように、加圧ガスが容積に送達されている間に実行され得る。
【００７２】
ノズルが固定の圧力プロファイルを有するものとして説明してきたが、別の例としては、他の実施形態が付加的に、または代替的に可能である。一例として、ここで図５を参照すると、ノズル５００は、互いに流体連通する、容積５０２、第１のポート５０４、第２のポート５０６、および吐出口５０８を画定することができる。さらに、またはその代わりに、ノズル５００は、以下により詳細に説明するように、排気通路５１０を含むことができる。一般に、別段の記載がある場合または本文から明らかである場合を除いて、ノズル５００は、図１に関して上述した３Ｄプリンタ１００のノズル１０２、もしくは図３に関して上述したノズル３００に加えて、またはその代わりに使用することができる。したがって、例えば、ノズル５００は、第１のポート５０４を介して容積５０２と流体連通する、図１に関して上述した加圧ガス供給源１０４のような加圧ガス供給源からの加圧ガスと選択的に流体連通することができる。同様に、ノズル５００は、第２のポート３０６ を介して容積５０２と流体連通する、図１に関して上述した媒体供給部１０８のような媒体供給部から金属を受け入れることがでる。したがって、例えば、ノズル３００ は、固体形態の金属を第２のポート５０６を介して受け入れることができ、付加的に、または代替的に、第２のポート５０６は、排気通路５１０を介して通気され得ることを理解されたい。
【００７３】
排気通路５１０は、調整可能な背圧を有することができる。一般に、そのような調整可能な背圧は、加圧ガスが容積５０２を移動して液体形態の金属を吐出口５０８から噴出させるときに、ノズル５００によって画定される容積５０２内の圧力プロファイルを（例えば、三次元物体を製作するための制御された三次元パターンに沿って）制御するのに有用であり得る。本明細書で使用されるように、容積５０２内の圧力プロファイルは、時間の関数としての容積５０２内の圧力を含む。圧力プロファイルの特性（例えば、圧力上昇率、ピーク圧力、圧力減衰率、および持続時間）は、ノズル５００内における加圧ガスのパルセーションに応答して吐出口５０８から噴出される液滴の形状に影響を与え得るものと理解されたい。
【００７４】
特定の実施形態において、排気通路５１０は、油圧式インダクタンス５１２を含むことができる。加圧ガスが油圧式インダクタンス５１２を通って移動すると、加圧ガスが排気通路５１０を通って容積５０２を出るときに油圧式インダクタンス５１２に加えられる力に応答して、油圧式インダクタンス５１２は、経時的に、散逸抵抗を有することができる。例えば、加圧ガスが油圧式インダクタンス５１２に最初に導入されると、圧力が容積５０２内に形成されるように、油圧式インダクタ５１２の流れ抵抗は高くなり得る。この例を続けると、加圧ガスが油圧式インダクタンス５１２に力を及ぼし続けると、油圧式インダクタンス５１２の流動抵抗が減少して、圧力ガスがより高いレートで油圧式インダクタンス５１２を通って移動するときに、容積５０２内に蓄積された圧力が散逸するようにすることができる。
【００７５】
一例として、油圧式インダクタンス５１２は、パドルホイール５１４を含むことができる。使用時に、パドルホイール５１４は、排気通路５１０内の通気加圧ガスによってパドルホイール５１４に加えられる力に応じて回転することができる。パドルホイール５１４は、該パドルホイール５１４が自由に回転する前に克服しなければならない慣性を有することができる。慣性を克服する前のパドルホイール５１４の加圧ガスの力は、容積５０２内の圧力上昇に応じ得ることを理解されたい。パドルホイール５１４に加圧ガスを加え続けて慣性を克服すると、パドルホイール５１４は、該パドルホイール５１４が加圧ガスの流れに対する抵抗を殆ど知らないようにして、自由に回転することができる。
【００７６】
特定の実施形態において、油圧式インダクタンス５１２の抵抗の時間変化プロファイルは、容積５０２内に所望の圧力プロファイルを（例えば、リアルタイムで）実現するのを容易にするように調整可能である。そのような調整可能性は、例えば、吐出口５０８から噴出される液滴のサイズおよび形状を制御するのに有用であり得る。例えば、油圧式インダクタンス５１２がパドルホイール５１４を含む実施形態では、パドルホイール５１４の回転抵抗を調整して、油圧式インダクタンス５１２の抵抗の時間変化プロファイルを変化させることができる。
【００７７】
特定の実施形態において、排気通路５１０は、可変の油圧抵抗５１６を含むことができる。一例として、可変の油圧抵抗５１６は、可変長の排気通路５１０を含むことができ、長さの増加は油圧抵抗の増加に対応する。付加的に、または代替的に、可変の油圧抵抗５１６は、可変サイズを有する流量制限（例えば、吐出口）を含むことができる。特定の実施形態において、可変の油圧抵抗５１６は、容積５０２内で、（例えば、リアルタイムで）目標の圧力プロファイルを達成するように調整され得る。
【００７８】
図６は、金属の付加製造のための空気噴射プロセスにおいて、背圧を調整する例示的な方法６００を示すフローチャートである。方法６００は、別段の記載がある場合または本文から明らかである場合を除いて、本明細書に記載される３Ｄプリンタの任意の１つ以上を使用して実行することができる。したがって、例えば、方法６００は、図５に関して上述したノズル５００を含む、図１に関して上述した３Ｄプリンタ１００などの３Ｄプリンタを使用して実行することができる。
【００７９】
ステップ６０２に示されるように、方法６００は、ノズルにより画定される容積内に金属を導くるステップを含むことができる。一般に、本明細書に記載される方法の１つ以上に従って、容積内に金属を導くことができる。したがって、例えば、個体形態の金属がノズルによって画定された容積内で液化され得るように、該固体形態の金属を容積内に導くことができる。付加的に、または代替的に、金属は、ノズルによって画定された容積の外部で液化されて、液体形態で容積内に送達されてもよい。
【００８０】
ステップ６０４に示すように、方法６００は、制御された三次元パターンに沿って、吐出口とビルドプレートとを相対移動させるステップを含むことができる。吐出口は、ノズルによって画定され、吐出口とビルドプレートとが制御された三次元パターンに沿って相対移動するときに液体形態の金属が吐出口から噴出され得るように、容積と流体連通することができる。
【００８１】
ステップ６０６に示すように、方法６００は、加圧ガスのパルスをノズルの容積内に送達するステップを含むことができる。例えば、加圧ガスのパルスを送達するステップは、本明細書に記載される様々な異なる方法の任意の１つ以上に従って、容積と加圧ガス供給源との間に配置されたバルブを繰返し作動させることを含むことができる。一般に、パルセーションの特性（例えば、振幅および速度）は、制御された三次元パターンに沿う所与の位置に対して所望される、液体金属液滴の形状およびサイズの関数であり得ることを理解されたい。
【００８２】
ステップ６０８に示すように、方法６００は、ノズルの容積と流体連通する排気通路の背圧を調整するステップを含むことができ、これによって、加圧ガスがノズルの容積から通気される。一般に、背圧の調整に応じて、容積内の加圧ガスが容積内の液体形態の金属に力（例えば、変化する力）を加えることによって、液体金属を吐出口から噴出させることができる。吐出口とビルドプレートとが制御された三次元パターンに沿って相対移動すると、噴出された液体金属がビルドプレート上に蓄積して三次元物体を形成することができる。
【００８３】
ステップ６０８の背圧を調整するステップは、図５のノズル５００に関して上述した調整のうちの任意の１つ以上を含むことができる。一例として、ステップ６０８で背圧を調整するステップは、通気加圧ガスによって加えられる力に応じた流れに対する散逸抵抗を有する油圧式インダクタンスを介して、圧力ガスを通気することを含むことができる。一般に、油圧式インダクタンスは、本明細書に記載される様々な異なる油圧式インダクタンスのいずれかとすることができ、したがって、パドルホイール（例えば、図１ のパドルホイール５１４）または他の同様のデバイスを含むことができる。散逸抵抗は、加圧ガスが容積内でパルスされるときに、容積内に所望の圧力プロファイルを達成するのに適したプロファイルを有することができる。特定の実施形態において、散逸抵抗は、排気通路内の実質的に一定の油圧抵抗に散逸することができる。付加的に、または代替的に、抵抗が散逸する時間は、容積中の加圧ガスのパルスの期間よりも短くてもよい。このような迅速な散逸は、例えば、噴出される液体金属のサイズおよび形状を制御するのに有用であり得る。
【００８４】
付加的または代替的な例として、ステップ６０８における背圧の調整は、可変の油圧抵抗を介して加圧ガスを排出し、可変の油圧抵抗を調整することを含むことができる。例えば、制御された三次元パターンに対する吐出口の位置に少なくとも部分的に基づいて、油圧抵抗を変化させることができる。油圧抵抗を変化させることは、本明細書に記載される油圧抵抗を変化させる方法のうちのいずれか１つ以上を含むことができ、したがって、流量制限の規模を変化させることや、排気通路の長さを変化させることの１つ以上を含むことができることを理解されたい。
【００８５】
いくつかの実施形態において、ステップ６０８における排気通路の背圧の調整は、ノズルの容積中における液体形態の金属の体積に基づいていてもよい。一例として、背圧は、ノズルの容積中における液体形態の金属の体積が増加するにつれ、背圧は、より高い圧力に調整され得る。より高い背圧は、容積中におけるより高い圧力に対応し得る。また、背圧が上昇することにより、吐出口から噴出される液体形態の金属の量が増加し、したがって、ノズルの容積中における液体形態の金属の体積が減少し得る。背圧の低下により、吐出口から噴出される液体形態の金属の量が減少し、したがって、ノズルの容積中における液体形態の金属の体積が増加し得ることを理解されたい。
【００８６】
付加製造システムが油圧ジェットを含むものとして説明してきたが、他の例として、別の構成が付加的に、または代替的に可能である。例えば、図７を参照すると、空気作動式噴出と、電気作動式噴出と、の間で切り替え可能な３Ｄプリンタ７００が示されている。別段の記載がある場合または本文から明らかである場合を除いて、「７００」系列の要素番号を有する要素は、図１において類似の「１００」系列の要素番号を有する要素と同じである。したがって、別段の記載がある場合または本文から明らかである場合を除いて、例えば、図７におけるロボットシステム７０８ は、図１におけるロボットシステム１０８ に類似していると理解されたい。したがって、効率的に説明する目的で、「７００」系列の要素番号を有する要素は、空気作動式噴射と電気作動式噴射との間の切り替えに関する特徴を指摘する以外は、「１００」系列の要素番号を有する類似の要素とは別個に記載しない。本明細書で使用するように、「空気作動式噴射」は、加圧ガスの力によって液体金属に直接的または間接的に加えられる空気力を適用することにより液体金属を噴出すること、を含むことを理解されたい。同様に、本明細書で使用するように、「電気作動式噴射」は、磁気流体学的力、電気流体学的力、または液体金属上に電気機械的に作動される力を適用することにより液体金属を噴出すること、を含むことを理解されたい。
【００８７】
三次元プリンタ７００は、バルブ７０６および電源７０９と電気的に接続する、制御システム７２６を含み得る。バルブ７０６は、図１のバルブ１０６に関して上述したように、加圧ガス供給源７０４とノズル７０２によって画定される容積７１０との間の流体連通を制御するように作動することができ、ノズル７０２および制御システム７２６と電気通信する。使用時に、制御システム７２６は、バルブ７０６および電源７０９を制御して、ノズル７０２によって画定された吐出口７１２からの液体形態の金属７１４の噴出を、空気作動式噴出と電気作動式噴出との間で選択的に切り替えることができる。
【００８８】
特定の実施形態において、制御システム７２６は、バルブ７０６を作動させて加圧ガス供給源７０４とノズル７０２によって画定される容積７１０との間に流体連通を確立することによって、ノズル７０２を空気作動式噴出モードとし、本明細書に記載される任意の１つ以上の方法に従って液体形態の金属７１４を噴出させることができる。空気作動式噴射モードでは、制御システム７２６が、任意に、電源７０９とノズル７０２との間の電気通信を中断させることができる。
【００８９】
さらに、またはその代わりに、制御システム７２６は、バルブ７０６を作動させて加圧ガス供給源７０４と容積７１０との間の流体連通を中断させ、かつ電力供給源７０９を作動させてノズル７０２に電力を供給することによって、ノズル７０２を電気作動式噴出モードとすることができる。電力は、例えば、吐出口７１２から個別の液体金属液滴（例えば、ドロップオンデマンド）を放出するためのパルス電流であり得ると理解されたい。特定の実施形態では、電流は、ノズル７０２内における液体形態の金属に導かれて、液体形態の金属を介して延びる磁場と交差して磁気流体力学的力を生成し、液体形態の金属７１４を吐出口７１２から噴出させることができる。いくつかの実施形態では、電流は、ノズル７０２内における液滝形態の金属に導かれて、液体形態の金属７１４の電荷と相互作用して電気流体力学的力を生成し、液体形態の金属７１４を吐出口７１２から噴出させることができる。付加的に、または代替的に、電流は、液体形態の金属７１４と接触するアクチュエータ７２７（圧電アクチュエータ）に導かれて、アクチュエータ７２７の作動が液体形態の金属７１４上に機械的な力を加えることによって、液体形態の金属７１４を吐出口７１２から噴出させることができる。
【００９０】
いくつかの実施形態において、制御システム７２６は、バルブ７０６および電源７０９を作動させ、制御された三次元パターンに沿う吐出口７１２の位置に少なくとも部分的に基づいて、空気作動式噴出と電気作動式噴出との間で切り替えることができる。一例として、制御システム７２６は、制御された三次元パターンの境界または液体金属液滴を高精度で配置することが要求される他の同様の領域に沿う、電気作動式噴出のために、バルブ７０６および電源７０９を作動させることができる。付加的または代替的な例として、制御システム７２６は、制御された三次元パターンの境界から離間した可動域（例えば、境界によって画定される内部空間内）に沿って、または液体金属をより低い精度で配置する他の同様の領域に沿う、空気作動式噴出のために、バルブ７０６および電源７０９を作動させることができる。より一般的には、制御システム７２６は、バルブ７０６および電源を作動させて、（空気作動式噴出モードにおける）液体形態の金属７１４のストリームの噴出と、（電気作動式噴出モードにおける）液体形態の金属７１４の離散液滴の噴出と、の間で切り替えることができる。
【００９１】
図８は、液体金属の空気作動式噴出と電気作動式噴出との間の切替えの例示的な方法８００を示すフローチャートである。例示的な方法８００は、例えば、図７に関して上述した３Ｄプリンタ７００を使用して実行できることを理解されたい。
【００９２】
ステップ８０２に示すように、例示的な方法８００は、ノズルによって画定された容積内に金属を導くステップを含む。一般に、金属は、本明細書に記載される方法の任意の１つ以上に従って容積内に導かれてもよく、したがって、本明細書に記載される媒体供給部の任意の１つ以上を使用することによる金属の移動が含まれ得る。
【００９３】
ステップ８０４に示すように、例示的な方法８００は、吐出口とビルドプレートとを制御された三次元パターンに沿って相対移動させるステップを含む。吐出口は、本明細書に記載される吐出口のいずれか１つ以上とすることができ、したがって、ノズルによって画定され、かつ容積と流体連通することができる。吐出口とビルドプレートとは、上述したロボットシステム１０８，７０８ などのロボットシステムの使用により相対移動させることができる。
【００９４】
ステップ８０６に示すように、例示的な方法８００は、吐出口からの液体形態の金属の噴出を、空気作動式噴出と電気作動式噴出との間で選択的に切り替えるステップを含むことができる。選択的切り替えは、例えば、制御された三次元パターンに沿う吐出口の位置に少なくとも基づくことができる。一例として、選択的切り換えは、（例えば、部品の仕様に適合するように、より高い精度が要求される境界に沿って離散液滴を供給するために）制御された三次元パターンの境界に沿って電気作動式噴出を選択することを含み得る。付加的に、または代替的に、選択的切り替えは、制御された三次元パターンの境界から離間した可動域に沿って空気作動式噴出を選択することを含み得る。このような空気作動式噴出は、例えば、液体金属の正確な配置があまり重要でない境界内で有用であり得る。このように、例えば、境界内のそのような領域において、空気作動式噴出は、液体金属の一定または実質的に一定なストリームを供給して部品を充填することができるので、製造プロセスを加速させることができる。
【００９５】
ステップ８０８に示すように、例示的な方法８００は、空気作動式噴出および電気作動式噴出のうちの選択された１つに従って、吐出口から液体金属を噴出するステップを含むことができ、これにより、三次元物体の少なくとも一部を形成することができる。
【００９６】
上述のシステム、デバイス、方法、プロセスなどは、特定の用途に適したハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの任意の組合せで実現することができる。ハードウェアは、汎用コンピュータおよび／または専用コンピュータデバイスを含むことができる。これには、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、内蔵型マイクロコントローラ、プログラマブルデジタル信号プロセッサもしくは他のプログラマブルデバイス、または処理回路が、内部および／または外部メモリに加えて、含まれる。加えて、または代わりに、これには、１つ以上の特定用途向け集積回路、プログラマブルゲートアレイ、プログラマブルアレイロジックコンポーネント、または電気信号を処理するように構成され得る任意のデバイスが含まれる。上述のプロセスまたはデバイスの実現には、Ｃのような構造的プログラミング言語、Ｃ＋＋のようなオブジェクト指向プログラミング用語、または任意の他の高レベルまたは低レベルのプログラミング言語（アセンブリ言語、ハードウェア記述言語、データベースプログラミング言語および技術を含む）を使用して作成されたコンピュータ実行可能コードが含まれ、これらは、上記のデバイスの１つ、プロセッサの異種の組合せ、プロセッサアーキテクチャ、または異なるハードウェアとソフトウェアとの組合せで実行されるように、格納、コンパイル、または解釈され得ることを理解されたい。他の態様において、方法は、そのステップを実行するシステムで実施されてもよく、また、いくつかの方法でデバイスに分散されてもよい。同時に、処理は、上述した様々なシステムのようなデバイスに分散されてもよく、または、すべての機能が専用のスタンドアロンデバイスまたは他のハードウェアに統合されていてもよい。他の態様において、上述のプロセスに関連するステップを実行するための手段は、上述のハードウェアおよび／またはソフトウェアのいずれかを含むことができる。そのようなすべての置換および組合せは、本開示の範囲内であることが意図される。
【００９７】
本明細書に開示される実施形態は、１つ以上のコンピュータデバイス上で実行するときに、そのステップのいずれかおよび／またはすべてを実行する、コンピュータ実行可能コードまたはコンピュータ使用可能コードを含む、コンピュータプログラム製品を含むことができる。コードは、非一時的な方法でコンピュータメモリに格納されてもよく、該コンピュータメモリは、プログラムが実行されるメモリ（プロセッサに関連するランダムアクセスメモリなど）、ディスクドライブ、フラッシュメモリ、または任意の他の光学的、電磁気的、磁気的、赤外線の、もしくは他のデバイスまたはデバイスの組合せなどの記憶デバイスであってもよい。他の態様において、上述のシステムおよび方法のいずれかは、コンピュータ実行可能コードおよび／またはそれからの任意の入力または出力を搬送する任意の適切な送信または伝播媒体で実施することができる。
【００９８】
本明細書に記載される実施形態の方法ステップは、異なる意味が明示的に示されている場合または本文から明らかである場合を除いて、以下の特許請求の範囲の特許性に矛盾しない方法ステップを実施するための任意の適切な方法を含むことが意図される。したがって、例えば、Ｘのステップを実行することには、リモートユーザ、リモート処理リソース（例えば、サーバまたはクラウドコンピュータ）またはマシンのような他のパーティにＸのステップを実行させるための任意の適切な方法が含まれ得る。同様に、ステップＸ、ＹおよびＺを実行することには、そのようなステップの利点を得るために、ステップＸ、ＹおよびＺを実行するための他の個人またはリソースの任意の組合せを支持または制御する任意の方法が含まれ得る。したがって、他の意味が明示的に示されていない限り、または文脈から明らかでない限り、本明細書に記載される実施形態の方法ステップは、１つ以上の他のパーティまたはエンティティに、以下の特許請求の範囲の特許性と一致するステップを実行させる任意の適切な方法を含むことが意図されている。そのようなパーティまたはエンティティは、任意の他のパーティまたはエンティティの指示または制御下にある必要はなく、特定の管轄内に位置している必要もない。
【００９９】
上述の方法は、限定ではなく例として提供されていることをよく理解されたい。明示的な反対の指示がない限り、開示されたステップは、本開示の範囲から逸脱することなく、修正、補足、省略、および／または並べ替えが可能である。多数の変形、追加、省略、および他の改変が、当業者には明らかであろう。さらに、上述した明細書および図における方法ステップの順序または提示は、具体的な順序が明示的に要求されている場合または本文から明らかである場合を除いて、列挙されたステップをこの順序で実行すること要求することを意図していない。したがって、特定の実施形態が示され記載されているが、当業者には、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、形式および詳細における様々な変更および修正を行うことができ、該変更および修正により、法的に許容される最も広い意味で解釈されるべきである請求項によって定義される本発明の一部が形成されることが意図されていることは明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年10月30日(2018.10.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
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【国際調査報告】
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2019510879.tif 000014
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